[科普中国]-集体废水处理

简介

对各种废水所作的净化处理。城市生活污水和某些工业废水的处理，按处理程度一般可分为三级。一级处理的任务是从废水中去除呈悬浮状态的固体污染物。为此，多采用物理处理法中的各种处理单元如沉淀、筛滤等。处理后，悬浮固体的去除率为70～80%，而BOD的去除率只有25～45%左右，废水的净化程度不高。二级处理的任务是大幅度地去除废水中的有机污染物，一般用需氧生物处理法如活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等。处理后，废水中的BOD可去除80～90%，BOD含量可低于30毫克/升。三级处理的任务是进一步去除废水中的悬浮物质、无机盐类及其他污染物，以便控制水体的富营养化，达到废水的重新利用。三级处理包括除磷、除氮、除有机物、除无机物和除病原体等几个单元。根据出水的去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同： ①物理法： 包括过滤、蒸馏和渗透技术; ②化学法：电渗析、化学沉降、活性炭吸附和离子交换等;③生物法： 藻类除氮以及利用细菌的同化、硝化和反硝化作用去除营养盐。污水三级处理费用昂贵，使其发展和推广受到限制。此法只适用于严重缺水的地区和城市。

来源根据废水来源，可分为生活污水和工业废水两大类。前者是人类生活活动过程中排出的废水;后者是人类工业生产活动过程中排出的废水。此外，由城镇排出的废水，叫做城市污水，其中既包括生活污水也包括工业废水。

工业废水由于生产过程、原料、产品的不同，而具有不同的性质和成分，一种废水往往含有多种成分。根据废水的污染程度，工业废水可分为净废水和浊废水(或称生产污水)两类。净废水来自各种工业设备间接冷却用水，仅水温升高，污染轻微，可经某些简单处理后循环使用或排入水体;浊废水主要来自生产过程中与物料直接接触所排出的废水，污染程度较重，必须经过严格处理才能循环使用或排入水体。根据浊废水中所含成分，又可分为以下四类：

(1)无机废水。废水中主要污染成分为无机物，来自采矿、冶金、煤炭和建筑材料等行 业。

(2)有机废水。废水中主要污染成分为有机物，来自造纸、酿造、食品加工、石油炼制和化工等行业。

(3)混合废水。废水中同时含有无机和有机污染物，来自炼焦、化肥、橡胶和制药等行 业。

(4)放射性废水。主要来自核电站以及生产或使用放射性物质的有关工业和部门。

生活污水来自城市、医院、工厂福利区，主要污染成分为生活废料和人的排泄物，一般不含有毒物质，但含有大量细菌和病原体。1

工业煤化工废水是经过化学加工的煤原料，所转化成的焦化、气化、液化废水，这些废水的成分复杂，具有难降解、毒性等特征，对水体造成极大的污染，因此我们有必要加强对煤化工废水的处理力度。为了有效实现这个目的，本文将在对煤化工废水来源详细分析的基础上，从各个角度制定具体的处理方法，为煤化工废水处理的发展提供基础依据。2

生物废水生物制药的废水来源生物制药的工艺单元主要有微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等， 其生产过程所产生的废水主要有：

发酵废水发酵废水是经提取有用物质后的发酵残液， 含大量未被利用的有机物组分及其分解产物。BOD5 一般在 3000- 14000mg/L。发酵过程中采用一些化工原料， 废水中含有一定的酸、碱和有机溶剂等。

冲洗废水冲洗废水主要是发酵罐的清洗、分离机的清洗及其他清洗工段和地面冲洗等。由于冲洗水的稀释， BOD5 一般为 300-2000mg/L。

其他废水其他废水主要是冷却水、办公及生活废水以及部分酸、碱废水。浓度接近城市污水， BOD5 一般在 150mg/L 左右。生物制药废水主要特征生物制药的废水成分复杂， 有机物浓度高， 溶解性和胶体性固体浓度大， PH 值经常变化， 温度较高， 带有颜色和气味， 悬浮物含量高易产生泡沫。含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素且有毒性等。CODcr 浓度高( 7000- 90000mg/l) 。主要为发酵残余基质及营养物， 溶媒提取过程中的萃余液， 经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液， 离水交换过程排出的吸附废液， 水中不溶性抗生素的发酵滤液， 以及染菌倒灌废液等。SS 浓度高。主要为发酵的残余培养基质和发酵的微生物菌体。存在毒性物质。主要是废水中残留的抗生素， 硫酸盐及化工原料对好氧污泥活性有抑制。废水成分复杂。主要是中间代谢产物， 表面活性溶剂和提取分离中残留的高浓度酸、碱， 有机溶剂等化工原料。此类成分易引起 PH值波动大、色度高和气味重等不利因素， 影响厌氧反应器中的细菌生长。3

治理方案用特殊的技术和方法使工业废水、农业废水和生活污水无害化。废水处理分三级：一级处理用以去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物，调节废水PH值，减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷，一般采用物理方法; 二级处理一般应用生物方法去除污水中有机污染物，使污水进一步净化; 三级处理亦称高级处理，一般应用化学方法或物理化学方法处理污水中的磷、氮和生物难以降解的有机物、无机物、病源体等。工业发达国家的城市污水处理开始较早，一般以一级处理为预处理，二级处理为主体，三级处理很少使用。现代的废水处理方法包括： (1) 物理处理法。通过物理作用分离去除废水中不溶解的悬浮状污染物 (包括油膜和油珠)。可分为重力分离法、离心分离法、筛滤截留法、废水气液交换处理法、废水高梯度磁分离处理法、废水吸附处理法等; (2) 化学处理法。通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害的物质。在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是： 混凝、中和、氧化还原等，其具体方法有中和处理法、混凝处理法、化学沉淀处理法、氧化处理法; 以传质作用为基础的处理单元则有： 萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等，属于物理化学处理法，具体包括离子交换处理法、吸附处理法、萃取处理法、光氧化处理法以及各种膜分离技术; (3)生物处理法。通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质。根据作用微生物的不同，可分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法。需氧生物处理法包括活性污泥法和生物膜法两类，是废水生物处理中广泛使用的方法。厌氧生物处理法又称生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水和污泥。由于废水中包含有多种污染物，所以往往需要几种方法、几种处理单元组成一个处理系统，进行综合处理，才能达到排放标准。4

工业废水处理煤化工废水的来源分析煤化工以煤作为主要的原料，在进行化学加工的过程中，产生各种化学成分的气体、液体和固体废水，具体的情况如下。

焦化废水

在高温状态下干馏炼焦煤，炼焦煤里面的水分与粗煤气混杂混杂在一起，并形成成分复杂的剩余氨水冷凝液，譬如回收与精制车间的焦油渣、酸焦油，再如熄焦池的焦粉和生化脱酚工段的活性污泥等。另外在煤气净化的过程当中，以及在焦油加工、粗苯精制等过程中所产生的成分复杂的废水，都具有焦化废水的性质。

气化废水

炉中的煤燃料在高温之下，以空气作为气化的介质，与煤燃料当中的可燃物质产生化学反应，然后转化成气体燃料，另外还产生煤气洗涤废水和冷凝水等气化废水，常见的有固定床的固态气化排渣、加压液态排渣，以及流化床气化排渣和气流床气化排渣等。

液化废水

这种废水既可以通过直接液化，也可以通过间接液化产生。直接液化是煤燃料在炉中的高温和高压状态下，加入的氢气促使煤燃料中的有机高分子结构转化成为较低分子的液体燃料，虽然产生的废水量比较少，但废水当中所含有的硫化物和氨等浓度非常高。间接液化煤气气化之后产生合成气，与催化剂共同作用后产生燃料油，但在分离过程中会产生技术污染的废水。

煤化工废水的处理方法根据煤化工废水的来源，以及结合国内煤化工行业的废水处理技术状况，笔者建议采用物化预处理、生化处理和物化深度处理三种方法。

物化预处理方法

物化预处理有气浮和隔油等多种方法，以气浮法为例，鉴于废水的油类比较多，对后续的生化处理效果具有较大的影响，而这种方法能够将煤化工废水进行预处理之后，分离出废水当中的油类，并再次利用回收利用，这种方法还具有预曝气的作用。以某焦化厂为例，该厂采用运行费用比较低的射流气浮除油法，将各种除油系统串联起来，在蒸生化之前，确定废水含油量在 30g/m3以下，于是利用含气浮组合系统，分理出焦化废水当中的油类，除油率达到了 80%左右。

总结：

一是除油过程中气浮系统的设计负荷必须稳定，而且将进水油和出水油浓度分别控制为 200-400mg/L 和 900mg/L；二是要综合考虑油和水的密度差异因素，利用油密度小于水密度的物理性质，控制油和水分别往相反的方向流动，然后分别利用集油和集水设备收集。

生化处理方法

这种方法主要针对已经进行预处理的煤化工废水，常见的有缺氧生物处理和好样氧气生物处理两种，也可以将两种处理方法相结合使用。首先是好氧生物法，这种方法是将活性炭粉末投到活性污泥曝气池当中，吸附曝气池里面的有机物和溶解氧，为活性污泥当中的微生物提供食物，提高有机物的氧化分解速度，某化工厂在利用 PACT 法，对焦化废水进行反硝化深度处理，焦化废水中 COD 的浓度从 570mg/L 降到 100mg/L，氨氮的浓度从394mg/L 降到 15mg/L，符合排放的基本要求。其次是厌氧生物法，这种方法主要针对好氧生物降解法无法有效降解的有机物，譬如某化工厂用浓度为 7600mg/L 的酚加入煤气废水当中，高倍稀释煤气废水，然后进行厌氧消化。再次是好氧和厌氧联合生物法，在好氧生物法和厌氧生物法单独时候都不能有效处理煤化工废水的时候，可将两种方法联合使用，譬如某化工厂用好氧生物法去除工业废水当中 90%以上的 COD，但有机物萘的去除率仅有10%，于是联合采用厌氧固膜法，有效地将有机物萘去除干净，这种方法在我国煤化工废水生物处理工艺当中，广为使用。

深度处理方法深度处理常见的有高级氧化、吸附、固定化生物技术等多种方法：首先是高级氧化技术，主要针对含有酚类、氮类、多环芳烃等难降解有机物的煤化工废水，为了避免影响后续的生化处理效果，可利用这种方法将工业废水当中的难降解有机物转化成 CO2、水、N2 等无害物质，譬如湿式催化氧化技术，将待处理的废水处于一定温度和压力的环境下，利用催化剂分解污水中的有机物，降解成无害的物质，具有高效和简单的优点。其次是固定化生物技术，能够达到 1500mg/L 浓度 COD 的去除效果，譬如固定化混合菌群降解技术，某工程采用这种技术降解焦化废水当中的多环芳烃，在多环芳烃被完全降解之后，固定化的细胞吸收有机物的营养而继续生长，在 15 天之后将焦化废水当中的酚、萘等完全降解干净。再次是吸附法，这种方法主要用于去除固定物体表面的物质物质，在处理工业废水的过程当中，经过固体颗粒的废水污染物往往会吸附在固体表面，这时候我们可以利用吸附 Fenton 催化剂的活性炭进行催化氧化处理。

物理废水处理近年来，随着我国工业的迅猛发展，加上一些企业技术与管理水平较低，水体污染日趋严重。目前，我国的工业增长方式基本上仍处于“粗放型”扩大再生产的状态，环境污染严峻。大量的无机、有机污染物进入水体，造成水体富营养化，破坏水环境生态平衡，危害人体的健康安全。同时，大量的污染物破坏了宝贵的水资源，使本来就十分紧张的水资源更加短缺[2]。因此，对工业废水的处理已是一个刻不容缓的问题。下面将主要介绍一些关于采取物理方法和技术来处理工业废水的问题。

运用传统物理方法废水的传统物理处理法一般是指通过物理作用分离和去除废水中不溶解的悬浮固体的方法[3]。这种物理处理法主要有重力分离法和离心分离法等。

重力分离法重力分离法依靠废水悬浮物密度与废水密度不同这个特点。当悬浮物密度大于废水密度时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物密度小于废水密度时，悬浮物上浮到水面。通过收集沉淀物与上浮物，使废水得到净化。使用该方法不仅可使废水得到一定程度的净化，同时又可以回收有用的物质。重力分离法所使用的设备主要是沉降设备和上浮设备。

离心分离法废水的离心分离法是指利用离心力去除废水中的悬浮颗粒的方法。这种方法使含有悬浮固体（或乳状油）的废水高速旋转，由于悬浮固体和废水的密度不同，受到的离心力也不同，质量大的悬浮固体，被甩到废水的外侧，这样就可使悬浮固体、废水分别通过各自的出口排出，悬浮固体被分离，废水得以净化。应该指出的是，这些传统的物理处理法一般只是分离出废水的颗粒，因此，几乎都只在废水的一级处理中得到应用。在废水的二级、三级处理中，更多的是采取化学和生物方法。当然，随着物理技术的不断发展，现今也有很多先进的物理技术在废水处理中取得很好的效果。

运用纳米技术众所周知，纳米技术是现代物理和先进工程技术相结合的产物。纳米技术的开发和应用给环境污染治理技术的发展开创了新的领域。不同的纳米材料具备不同的功能，其中在废水处理中，应用最广泛的主要有半导体纳米颗粒的光催化技术、纳米材料的磁性吸附技术和纳米材料的吸附与强化絮凝。

废水的实例纳米复合吸附剂去除废水中的磷水体富营养化问题已引起当今人们的普遍关注，大家也都知道水体富营养化的主要元素是磷和氮，同时，即使是经过处理后少量磷也能引起富营养化。那么，如何有效地去除废水中的磷已成为一个十分关键的问题。天津城建学院的王银叶、韩北等人研制了纳米复合吸附剂在静、动态中去除废水中的磷。5

生物废水处理一般认为厌氧消化对毒物的敏感性大于好氧处理， 但多数情况下， 厌氧和好氧结合应用才能达到较好的处理效果。 厌氧微生物能进行好氧微生物所不能进行的解毒反应。由于大多数抗生素结晶母液是代谢产物， 其中不仅含有复杂的苯环结构，而且还存在着大量中间代谢产物， 它们都存在抑菌作用,，因此,，可以在厌氧环境下利用厌氧微生物的生命活动，打破芳香环及较大的苯环结构，破坏其抑菌作用,，提高废水的处理能力。反应过程的厌氧消化要比好氧处理更为敏感,，因为好氧处理所涉及的微生物及其代谢都是平行的。而在厌氧消化器中，对于该系统的碳源，绝对需要各高度特异化的微生物类群。另一方面，好氧系统具有众多非特异性的微生物类群,，如果环境条件改变，相应的微生物群体也可能出现微妙的变化。因此充分利用厌氧阶段的水解作用，可以破环和降解有毒物的抑菌能力对好氧处理是有利的。

厌氧法能直接处理高浓度有机废水但残留有机物浓度往往比较高， 色度较大， 且带有臭味， 而好氧处理可在一定程度上克服这些缺点。因此， 制药废水处理多采用厌氧法和厌氧法联合处理工艺。

生物废水处理的成熟工艺针对生物制药的废水特征， 工程技术人员设计出多种不同的废水处理工艺， 主要有：

UASB+生物接触氧化工艺。流程： 调节池→提升→UASB 反应池→接触氧化池→二沉池→出水

水解酸化+CASS 处理工艺。流程： 调节池→酸化池→CASS池→出水

SBR 处理工艺。流程： 调节池→提升→SBR 池→出水

厌、好氧吸附处理工艺。流程： 水解→厌氧池→好氧池→混凝池→吸附池→出水

接触氧化处理工艺。流程： 调节池→接触氧化塔→接触氧化池→沉淀→出水

气浮、厌、好氧处理工艺。流程： 调节池→气浮池→厌氧池→好氧池→沉淀池→出水3